Адсорбция биомолекул на твердой поверхности может влиять на их свойства, например биоактивность, обусловленную химическими и структурными характеристиками. Теоретическое моделирование взаимодействия биомолекул с поверхностью твердых тел в жидкой среде более сложно, чем при адсорбции простых молекул, например аминокислот, нуклеотидов, вследствие многочисленности возможных конфигураций биополимера как в свободном, так и в адсорбированном состояниях, причем барьеры, разделяющие эти конфигурации близки по величине к тепловой энергии.

Кроме того, адсорбция гибких биополимеров приводит к значительным изменениям энтропии системы, которая уменьшается в результате многоточечной адсорбции, но увеличивается в результате снижения упорядочивающего действия адсорбированной биомолекулы на воду. Поскольку описание каждой конфигурации биополимера является трудной задачей, то для анализа адсорбции биополимеров используют статистические методы. Высокодисперсные частицы оксидов могут рассматриваться как броуновские, для которых также применимы статистические закономерности. Силы притяжения и отталкивания между биополимером и поверхностью полагают аддитивными, и общая свободная энергия взаимодействия равна
АС = AG (van der Waals) + AG (electrostatic) + AG (steric) + AG (Born) + AG(entropic) + AG.

Электростатические взаимодействия наиболее дальнодействующие. Ионы, растворенные в воде, влияют на толщину двойного электрического слоя (ДЭС), что изменяет характеристики этого взаимодействия за счет экранирования поверхностного заряда вследствие неравномерного распределения ионов в среде и у поверхности оксида при разных рН и ионной силе растворов. Следует отметить, что живые клетки, как саморегулирующиеся системы, могут варьировать распределение заряда на поверхности мембраны и тем самым изменять дальнодействующие взаимодействие с поверхностью частиц.

Биополимеры разделяются на два основных типа — это полиэлектролиты (белки, нуклеиновые кислоты и др.) и неполиэлектролиты (липиды, полисахариды и др.), хотя есть молекулы и промежуточного характера, например фосфолипиды, липопротеины, которые имеют гидрофобную цепь и ионизированную головку. Взаимодействие между поверхностью оксидов и этими молекулами зависит не только от их структуры, но и от рН среды, концентрации полиэлектролитов и растворенных солей (NaCl и др.). Теоретические модели, развитые для этих адсорбатов, имеют как общие приближения, обусловленные статистическими закономерностями, так и отличия, связанные с различиями в основных вкладах в выражение.

Так, адсорбционные взаимодействия ионов или полярных молекул с поверхностью оксидов определяются в основном электростатическими взаимодействиями (ион-ионные, ион-дипольные и диполь-дипольные) и образованием водородных связей. В случае адсорбции неполярных молекул неспецифические дисперсионные взаимодействия дают основной вклад в энтальпию адсорбции. Последние быстро затухают с расстоянием, поэтому AG может быть больше нуля вследствие соотношения — TAS > — АН (т. е. превалирует дестабилизирующий энтропийный вклад AS) и адсорбция не наблюдается.

- Читать далее "Адсорбционные взаимодействия микроорганизмов. Физиологическая активность микроорганизмов"